1、目錄摘要 . . 21.簡(jiǎn)介 22.系統(tǒng)要求 .3三、總體規(guī)劃 . . . 44.電路設(shè)計(jì) .5五、主要裝置性能及原理 .125. 1 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu) 125. 2A/D轉(zhuǎn)換芯片 .165.3永磁無刷直流電機(jī) . . . . 18終端調(diào)節(jié)78L器05 .215.5 集成速度傳感器 KMI15-1 .255、6個(gè)解碼器 _ 296.編程 _ 316. 1 程序框圖 316.第2 部分子程序 327.結(jié)束語. 35參考文獻(xiàn) . .36 _概括永磁無刷直流電機(jī)，適用于電動(dòng)自行車等小功率工況。并且可以將多余的力量還給崩潰。該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。本文從系統(tǒng)

2、需求分析入手，將整個(gè)系統(tǒng)分為四個(gè)部分，對(duì)各部分的電路原理、控制策略和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析討論。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況和信號(hào)傳輸，得到了系統(tǒng)各部分在不同工況下的工作狀態(tài)。系統(tǒng)各部分的控制電路均基于英特爾的控制芯片8051單片機(jī)。根據(jù)永磁無刷直流電機(jī)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)脈寬PWM控制，通過轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速，通過八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速。通過軟硬件的配合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞: 單片機(jī), 脈寬調(diào)速系統(tǒng) PWM,永磁無刷直流電機(jī), 八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示, 速度傳感器摘要_ _單機(jī)控制的無刷直流電機(jī)快調(diào)系統(tǒng)適用于電動(dòng)自行車等電動(dòng)小功率的工作環(huán)境。合并后可返還多余電能本系統(tǒng)具有實(shí)驗(yàn)性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能

3、、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本文將討論的電路原理、控制方法和實(shí)現(xiàn)方法分為四個(gè)部分。同時(shí)討論了各部分的工作情況和能量傳輸方向。系統(tǒng)的控制電路基于Intel公司的2051單機(jī)。該系統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)電機(jī)的特點(diǎn)，軟硬件協(xié)調(diào)配合。關(guān)鍵詞：?jiǎn)螜C(jī)、脈寬調(diào)速系統(tǒng)PWM、八位管發(fā)展表現(xiàn)及轉(zhuǎn)向傳感機(jī)。1引言人類與環(huán)境的共存以及全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，使人們渴望尋求一種既能替代人力，又能低排放、高效利用資源的交通工具。電動(dòng)汽車是一種安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的綠色交通工具。它在能源和環(huán)境方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力，因此使用電動(dòng)汽車無疑是一個(gè)很有前景的解決方案。現(xiàn)代電動(dòng)汽車是集電力、電子、機(jī)械控制、材料科學(xué)、化學(xué)技術(shù)等多種高新技術(shù)產(chǎn)品為一體的綜合

4、性產(chǎn)品。整體運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由控制器、功率變換器、電機(jī)和傳感器四個(gè)主要部分組成。目前，電動(dòng)汽車使用的電機(jī)一般有直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、永磁無刷電機(jī)等。2 系統(tǒng)要求2.1電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求 與一般工業(yè)應(yīng)用不同，電動(dòng)汽車的運(yùn)行非常復(fù)雜。因此，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要非常高。2.1.1電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大、過載能力強(qiáng)、過載系數(shù)（ 34）、加速性能好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 2.1.2電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，低速運(yùn)行時(shí)需要大轉(zhuǎn)矩，以滿足起步和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，當(dāng)需要低扭

5、矩時(shí)需要高速，以滿足平路高速行駛的要求。請(qǐng)求。 2.1.3電動(dòng)汽車電機(jī)應(yīng)能在車輛減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，回收能量并回饋給電池，使電動(dòng)汽車具有最佳的能量利用率，這是摩托車上無法實(shí)現(xiàn)的與燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。 2.1.4電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)作業(yè)區(qū)域內(nèi)具有高效率，以提高一次充電的續(xù)航里程。2.2 鑒于電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)的基本要求，采用永磁無刷直流電機(jī)。 2.2.1永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能。永磁無刷直流電機(jī)是一種高性能電機(jī)。它最大的特點(diǎn)是具有直流電動(dòng)機(jī)的外在特性，沒有由電刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。此外，采用永磁轉(zhuǎn)子，無勵(lì)磁損耗：加熱的電樞繞組安裝在外定子上，易于散熱。因此，永磁無刷直流電機(jī)無換向火花，無無線電干擾，壽

6、命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠。 ，維修方便。此外，它的速度不受機(jī)械換向的限制，如果使用空氣軸承或磁懸浮軸承，它可以以每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)的速度運(yùn)行。與永磁無刷直流電機(jī)系統(tǒng)相比，它具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)汽車中具有很好的應(yīng)用前景。 2.2.2永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)。典型的永磁無刷直流電機(jī)是準(zhǔn)解耦矢量控制系統(tǒng)。由于永磁體只能產(chǎn)生定幅磁場(chǎng)，因此永磁無刷直流電機(jī)系統(tǒng)非常適合在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)運(yùn)行，一般采用電流。遲滯控制或電流反饋式2.2.3永磁無刷直流電機(jī)的缺點(diǎn)。永磁無刷直流電機(jī)受永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電機(jī)的功率范圍很小，最大功率只有幾十千瓦。當(dāng)永磁材料受到振動(dòng)、高溫和過載電流時(shí)，其導(dǎo)磁率

7、可能會(huì)降低或退磁，從而降低永磁電機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞電機(jī)。不會(huì)發(fā)生過載。在恒功率模式下，永磁無刷直流電機(jī)操作復(fù)雜，需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使得永磁無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)非常昂貴。3 總體規(guī)劃電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 1、控制電路設(shè)計(jì)； 2、傳感器選型和放置設(shè)計(jì)； 3 、顯示電路設(shè)計(jì)； 4.程序設(shè)計(jì)。從總體上考慮，傳感器的使用應(yīng)盡可能減少單片機(jī)的信號(hào)處理量，但必須使汽車能夠自由行駛。控制電路應(yīng)根據(jù)選用的電機(jī)和傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要考慮穩(wěn)定性和抗干擾性。控制核心采用51單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路采用光耦完全隔離，避免干擾。控制采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，只需一臺(tái)單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、電機(jī)控制和速度顯示。如圖3

8、-1所示直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)單片機(jī)顯示部分轉(zhuǎn)速傳感器控制電路驅(qū)動(dòng)圖 3-14電路設(shè)計(jì)控制電路主要包括四部分：電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)接口電路和顯示電路。考慮到電機(jī)的啟動(dòng)電流和制動(dòng)時(shí)間都比較大，不穩(wěn)定的電源電壓很容易干擾單片機(jī)和傳感器的工作。因此，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)與傳感器電路用光耦隔離。傳感器供電直接使用24V電池，單片機(jī)電源通過三端穩(wěn)壓器78L05將24V電源轉(zhuǎn)換為5V。4.1 電源電路圖片4-1-1通過三端齒穩(wěn)壓器74L05輸出的24V直流電源就是單片機(jī)所需的+5V電源。電路中連接的電容C 1和C 2用于實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，可以防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩，抑制電路引入的高頻干擾。大容量C

9、 3為電解電容，用于降低穩(wěn)壓電源輸出端輸入電源引入的低頻干擾。 D為保護(hù)二極管。當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，會(huì)給輸出電容C3一個(gè)放電通路，防止C3兩端的電壓作用于調(diào)節(jié)管的be端，造成調(diào)節(jié)管be端擊穿損壞。4.2 顯示電路顯示部分采用單片機(jī)的串行通訊方式，省去單片機(jī)的端口，單片機(jī)通過中斷的方式為顯示服務(wù)。直流電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為190轉(zhuǎn)/分，大約需要三位數(shù)字顯示。驅(qū)動(dòng)器采用74LS164串聯(lián)一個(gè)510歐姆的限流電阻。4.3 控制電路系統(tǒng)上電后，通過電位器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，將IN0-IN 6線上的模擬電壓轉(zhuǎn)換成ADDA-ADDC線上地址確定的數(shù)字量。 ADDC0809“地址鎖存和解碼”電路可以將IN0線上的模擬電

10、壓送入8位A/D轉(zhuǎn)換器。此時(shí)，如果單片機(jī)保持 STAR 線為高電平，ADC0809 開始 A/D 轉(zhuǎn)換。一旦A/D轉(zhuǎn)換完成，ADC0809一方面將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入其三態(tài)輸出緩沖器，另一方面使EOC線變?yōu)楦唠娖剑l(fā)出中斷請(qǐng)求到微控制器。單片機(jī)檢測(cè)到并響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，通過使rd非低電平使OE線為高電平，這樣2-1-2就可以從-8引腳上取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。單片機(jī)根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出相應(yīng)的巨脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)經(jīng)4.4 驅(qū)動(dòng)電路及原理下面主要介紹驅(qū)動(dòng)電路：電動(dòng)自行車采用24V直流電機(jī)，這種小功率直流電機(jī)一般有兩種調(diào)速方式。 A線性型：使用功率三極管作為功率放大器的輸出來控制直流電機(jī)。

11、直線驅(qū)動(dòng)器的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是在低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)，通過電阻R的電流大，發(fā)熱嚴(yán)重，損失大。另一種脈沖寬度調(diào)制類型：脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種更常用的調(diào)速方法。這種調(diào)速方式具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬，過載能力強(qiáng)。能承受頻繁的負(fù)載沖擊，也能達(dá)到頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和換向的優(yōu)點(diǎn)。因此，決定使用 PWM 來控制直流電機(jī)。永磁直流電機(jī)脈寬調(diào)速原理永磁直流電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓U D 決定。電樞電壓UD 越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。當(dāng)電樞電壓 U D 下降到 0V 時(shí)，電機(jī)停止。 .直流電機(jī)的具體調(diào)速過程是：先讓它啟動(dòng)一段時(shí)間，然后切斷電源，電機(jī)會(huì)因慣

12、性減速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定限度時(shí)，再次開啟電機(jī)，再次加速電機(jī)。向電樞兩端連續(xù)饋送一個(gè)脈動(dòng)電壓源（即脈動(dòng)信號(hào)），可以將電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。如圖4-4-1所示：脈沖信號(hào)： t噸速度： V MAXV DVMIN _圖片4-4-1V MAX是電機(jī)的最大速度值。 V MIN是電機(jī)的最小速度值。 V D是兩者的平均值。 V D =D * V MAX其中D=t/T稱為占空比，D越大，V D越大，反之亦然。電樞上平均轉(zhuǎn)速與脈沖占空比D的關(guān)系如圖：4-4-2V D (平均速度)00.51D（占空比）圖片4-4-2從圖中可以看出，平均轉(zhuǎn)速和占空比并不是完全線性的，而是可以近似看成是一種線性關(guān)系。因此，

13、電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速VD可以通過占空比D來控制。PWM調(diào)速分為兩路和單路一個(gè)脈沖周期內(nèi)的雙向型（T=Ta+Tb），T1和T3的導(dǎo)通時(shí)間為Ta，T2和T4的導(dǎo)通時(shí)間為Tb，這樣在Ta期間，電機(jī)正轉(zhuǎn)電流，而在 Tb 這段時(shí)間就是反向電流。 Ta=Tb時(shí)電機(jī)停止，TaTb時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，TaTb，則電機(jī)正轉(zhuǎn)。可以通過改變Ta和Tb的占空比來改變轉(zhuǎn)速。5 主要裝置性能及原理5.1 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品。我們使用這個(gè)代表性模型來解釋系統(tǒng)。 8051單片機(jī)包括中央處理器、程序存儲(chǔ)器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元，以

14、及數(shù)據(jù)等三大總線總線、地址總線和控制總線。現(xiàn)在讓我們分別解釋它們：5.1.1中央處理器中央處理器（CPU）是整個(gè)單片機(jī)的核心部件。它是一個(gè)8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，可以處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼。 CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作以完成運(yùn)行。以及控制輸入輸出功能等操作。 5.1.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）8051有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，統(tǒng)一尋址。專用寄存器只能用于存儲(chǔ)控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問。它不能用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，因此只有128個(gè)RAM可供用戶使用，可以存儲(chǔ)讀寫數(shù)據(jù)、操作的中間結(jié)果或用戶自定義的字體表。5.1.3程序存儲(chǔ)器 (ROM) 8051 共有

15、4096 個(gè) 8 位掩碼 ROM，用于存儲(chǔ)用戶程序、原始數(shù)據(jù)或表格。 5.1.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（ROM） 8051 有兩個(gè)16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷來控制程序周轉(zhuǎn)。 5.1.5并行輸入輸出（I/O）端口 8051 共有4 組8 位I/O 端口（P0、P1、P2 或P3）用于外部數(shù)據(jù)傳輸。 5.1.6全雙工串口 8051 有一個(gè)全雙工串口通訊口，用于與其他設(shè)備進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸。該串口可用作異步通信收發(fā)器或同步移位器。使用定位器。5.1.7中斷系統(tǒng) 8051的中斷功能比較完善，有兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可以滿足不同的控制要求，有2級(jí)優(yōu)先級(jí)選擇。

16、5.1.8時(shí)鐘電路 8051有一個(gè)時(shí)鐘電路，最高頻率為12MHz，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖序列，但8051單片機(jī)需要外接振蕩電容。單片機(jī)結(jié)構(gòu)有兩種，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分離的形式，即哈佛結(jié)構(gòu)，另一種是在通用計(jì)算機(jī)中廣泛使用的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的組合形式，即是普林斯頓結(jié)構(gòu)。 INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用哈佛結(jié)構(gòu)形式，而后續(xù)16位MCS-96系列單片機(jī)采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。5.1.9MCS-51 的管腳說明 MCS-51 系列單片機(jī)中的8031、8051 和8751 均采用40Pin 封裝的雙列直插結(jié)構(gòu)。右圖顯示了它們的引腳配置。 4

17、0個(gè)管腳中，正電源和地線兩根，外接石英振蕩器時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。現(xiàn)在讓我們描述這些引腳的功能：Pin40：正電源引腳，正常工作或燒寫芯片EPROM時(shí)接+5V電源。 Pin19：時(shí)鐘XTAL1 引腳，芯片振蕩電路的輸入端。 Pin18：時(shí)鐘XTAL2 引腳，芯片振蕩電路的輸出端。 8051時(shí)鐘有兩種模式，一種是芯片時(shí)鐘振蕩模式，但需要在第18、19腳接一個(gè)石英晶體（2-12MHz）和一個(gè)振蕩電容。振蕩電容的值一般為10p-30p。另一種是外部時(shí)鐘模式，即XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2引腳輸入。MCS-51系列單片機(jī)的8031、8051、8751

18、均采用雙列直插結(jié)構(gòu)的40Pin封裝。右圖顯示了它們的引腳配置。 40個(gè)管腳中，有兩根正電源線和地線，外接石英振蕩器 器件有兩條時(shí)鐘線，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用.現(xiàn)在我們解釋這些引腳的功能： Pin20：接地引腳。 Pin40：正電源引腳，正常工作或燒寫芯片EPROM時(shí)接+5V電源。 Pin19：時(shí)鐘XTAL1 引腳，芯片振蕩電路的輸入端。 Pin18：時(shí)鐘XTAL2 引腳，芯片振蕩電路的輸出端。8051時(shí)鐘有兩種模式，一種是芯片時(shí)鐘振蕩模式，但需要在第18、19腳接一個(gè)石英晶體（2-12MHz）和一個(gè)振蕩電容。振蕩電容的值一般為10p-30p。另一種是外部時(shí)鐘模式，即X

19、TAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2引腳輸入。輸入輸出（I/O）管腳： Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出管腳，Pin1-Pin1為P1.0-P1.7輸入輸出管腳，Pin21-Pin28為P2.0 -P2 .7 輸入輸出管腳，Pin10-Pin17 為P3.0-P3.7 輸入輸出管腳，這些輸入輸出管腳的功能說明將在后面說明。Pin9：RESET/V pd復(fù)位信號(hào)復(fù)用管腳，當(dāng)8051上電后，時(shí)鐘電路開始工作，RESET管腳出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口均為高電平，堆棧時(shí)鐘寫入07H，其他特殊寄存器清零0”。

20、地址開始執(zhí)行程序。但是，初始復(fù)位不會(huì)改變 RAM 的狀態(tài)（包括工作寄存器 R0-R7）。 8051的初始狀態(tài)如下：特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)ACC00H乙00HPSW00HSP07HDPH00HTH000H8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位或手動(dòng)復(fù)位，如下圖所示。此外，RESET/V pd也是一個(gè)多路復(fù)用引腳。在V cc掉電時(shí)，該管腳可以接備用電源，保證單片機(jī)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。5./D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809芯片是最常用的8位2 A模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其模數(shù)轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼近式。該芯片采用+5V單電源供電，可分時(shí)對(duì)8路輸入模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。典型的 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 100

21、微秒。在同類型產(chǎn)品中，ADC0809部門的邏輯結(jié)構(gòu)如圖5-2-1所示。圖5-2-1ADC0809部分結(jié)構(gòu)引腳功能說明：D7D0：8位數(shù)字輸出，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。IN0IN7：8路模擬電源輸入，可以是：05V或-5V+5V或-10V+10V。+VREF：正參考電源。-VREF：負(fù)極性參考電源。START：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換控制輸入，高電平有效。CLK：外部輸入工作時(shí)鐘，典型頻率為500KHz。ALE：地址鎖存控制輸入，高電平打開接收3位地址碼，低電平鎖存地址。CBA：3位地址輸入，其8個(gè)地址值選擇8個(gè)輸入模擬量IN0IN7之一進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 C是高位地址，A是最低位地址。OE：數(shù)字輸出使能控制，輸入高

22、電平有效，輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D7D0。EOC：模數(shù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換未完成時(shí)，EOC輸出低電平；模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后，EOC輸出高電平。 EOC 輸出信號(hào)可用作中斷請(qǐng)求或輪詢控制。Vcc：芯片工作電源+5V。GND：芯片接地端。5.3永磁無刷直流電機(jī)5.3.1稀土永磁無刷直流電機(jī)的基本工作原理 無刷直流電機(jī)由電機(jī)本體和驅(qū)動(dòng)器組成，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。電動(dòng)機(jī)的定子繞組大多做成三相對(duì)稱星形接法，與三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。磁化的永磁體連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)子。為了檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電機(jī)中安裝了一個(gè)位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由電力電子器件和集成電路組成。其功能是：接受電機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)信號(hào)，控制電機(jī)的啟動(dòng)、

23、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)控制反轉(zhuǎn)。改變電橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)扭矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)來控制和調(diào)整速度；提供保護(hù)和顯示等。無刷直流電機(jī)原理圖如圖5-3-1所示：主電路為典型的電壓型AC-DC-AC電路，逆變器提供等幅等頻的對(duì)稱交變矩形波5-26KHZ調(diào)制波。永磁體NS交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差為120 的U、V、W方波，并結(jié)合正向/反向信號(hào)產(chǎn)生有效的六態(tài)編碼信號(hào)：101、100 , 110, 010, 011, 001，通過邏輯元件處理產(chǎn)生T1-T4導(dǎo)通，T1-T6導(dǎo)通，T3-T6導(dǎo)通，T3-T2導(dǎo)通，T5-T2導(dǎo)通，T5-T4導(dǎo)通，也就是說，直流母線電壓依

24、次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，使轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一對(duì)NS極，T1-T6功率管固定組合六種狀態(tài)依次導(dǎo)通。在每種狀態(tài)下，只有兩相繞組通電，依次改變一個(gè)狀態(tài)。定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸在空間中旋轉(zhuǎn) 60 電角，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)。 On，使位置傳感器U、V、W按照約定生成一組新代碼，新代碼改變功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸提前60電角度等，無刷直流電機(jī)會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的扭矩并拖動(dòng)負(fù)載進(jìn)行持續(xù)旋轉(zhuǎn)。由于無刷直流電機(jī)的換向是由自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強(qiáng)制的，所以也稱為自控同步電機(jī)。無刷直流電機(jī)的位置傳感器編碼，使通電的兩相繞組復(fù)合磁場(chǎng)軸位置領(lǐng)先于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸位置，因此無論轉(zhuǎn)子的

25、啟動(dòng)位置在哪里，電機(jī)都會(huì)產(chǎn)生足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)瞬間，因此轉(zhuǎn)子上不需要額外的啟動(dòng)繞組。由于定子磁場(chǎng)軸線可以看成是垂直于轉(zhuǎn)子軸線的，所以產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與鐵芯未飽和時(shí)的繞組電流成正比，這就是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電流-轉(zhuǎn)矩特性。 5.4三端穩(wěn)壓器78L05的工作原理 三端穩(wěn)壓器78L05電路5-4-1如圖所示，三端穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、采樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路組成。下面簡(jiǎn)單介紹一下電路的各個(gè)部分5.4.1啟動(dòng)電路 在集成穩(wěn)壓器中，經(jīng)常會(huì)用到很多恒流源。當(dāng)輸入電壓V1導(dǎo)通時(shí)，這些恒流源難以自行導(dǎo)通，從而難以建立輸出電壓。因此，必須使用啟動(dòng)電路為恒流源的BJT T 4和T 5 提供

26、基極電流。啟動(dòng)電路由T 1 、T 2和D Z1組成。當(dāng)輸入電壓V 1 高于穩(wěn)壓管D Z1 的穩(wěn)定電壓時(shí)，有電流流過T 1和T 2 ，使T 3 的基極電位升高并導(dǎo)通。同時(shí)，恒流源T 4和T 5也工作。 T4的集電極電流通過D Z2建立正常工作電壓。當(dāng)D Z2達(dá)到等于D Z1的穩(wěn)壓值時(shí)，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)，電路啟動(dòng)。同時(shí)，由于發(fā)射結(jié)電壓為零，T 2被關(guān)斷，從而切斷了啟動(dòng)電路與放大電路的連接，從而保證左側(cè)的紋波和噪聲T 2不會(huì)影響參考電壓源。5.4.2參考電壓電路 參考電壓電路由T 4 、D Z2 、T 3 、 R 1 、 R 3和D 1 、D 2組成。電路中的參考電壓為式中， V Z2 為D

27、 Z2的穩(wěn)定電壓， V BE 為T 3 、D 1和D 2發(fā)射結(jié)的正向電壓值（D 1和D 2 為發(fā)射極結(jié)構(gòu)組成的二極管）。在電路設(shè)計(jì)和工藝中，正溫度系數(shù)的R 1 、 R 2 、D Z2和負(fù)溫度系數(shù)的T 3 、D 1 、D 2發(fā)射結(jié)相互補(bǔ)償，使基準(zhǔn)電壓V REF基本不隨溫度變化.同時(shí)采用恒流源為穩(wěn)壓管D Z2供電，保證參考電壓不受輸入電壓波動(dòng)的影響。5.4.3采樣比較放大電路和調(diào)整電路。這部分電路由T 4 T 11組成，其中T 10和T 11組成復(fù)合調(diào)節(jié)管； R 12和R 13組成采樣電路； T 7 、T 8 、T 6構(gòu)成帶恒流源的差動(dòng)放大電路；由T 4和T 5組成的電流源作為其有源負(fù)載。 T 9

28、和R 9的作用解釋如下：如果沒有T 9和R 9 ，恒流源管T 5的電流I C5 = I C8 + I B10 ，當(dāng)調(diào)節(jié)管滿載時(shí)， I B10最大， I C8最小；當(dāng)負(fù)載開路時(shí)， I O =0， I B10也趨于零。此時(shí)， I C5 幾乎全部流入T 8 ，使得I C8的變化很大，這是比較放大電路所不允許的。由T 9和R 9 級(jí)組成的緩沖電路。當(dāng)IO減小時(shí)， IB10減小， I C8增大。當(dāng)I C8增加到 0.6V 時(shí)，T9導(dǎo)通，起分流作用。這減輕了T8的過度負(fù)擔(dān)，減小了IC8的變化范圍。5.4.4降流保護(hù)電路 降流保護(hù)電路由T 12 、 R 11 、 R 15 、 R 14 、D Z3和D Z4

29、組成， R 11為電流檢測(cè)電阻。保護(hù)的主要目的是使調(diào)節(jié)管（主要是T 11 ）在安全區(qū)域工作，特別注意其耗電量不超過額定值P CM 。首先考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的案例。假設(shè)圖1中的D Z3 、D Z4和R 14不存在，則R 15短路。此時(shí)，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即P C P CM且輸出電流IO小于額定值，則流過R 11的電流使= I O R 11 0.6V，使T 12導(dǎo)通。由于其分流作用，T10 的基極電流減小，從而限制了輸出電流。這種簡(jiǎn)單的限流保護(hù)電路的缺點(diǎn)是只能將輸出電流限制在額定值。由于調(diào)節(jié)管的耗散功率P CM = I C V CE ，只有考慮通過它的電流及其管壓降V CE值，使P C ( V Z3

30、 + V Z4 )，則D Z3和D Z4擊穿，導(dǎo)致T 12管發(fā)射結(jié)在正向電壓下導(dǎo)通. VBE12的值為完成后顯然，( V I - V O )越大，即導(dǎo)通管的V CE值越大， IO越小，從而使導(dǎo)通管的功耗被限制在允許的范圍內(nèi)。由于IO 的減少，上述保護(hù)稱為流量減少保護(hù)。5.4.5過熱保護(hù)電路 過熱保護(hù)電路由D Z2 、T 3 、T 14 、T 13組成。在常溫下， R 3上的壓降只有0.4V左右，T 14和T 13被截止，對(duì)電路工作沒有影響。當(dāng)芯片溫度因某種原因（過載或環(huán)境溫度升高）升高到一定限度時(shí)， R3兩端的壓降隨著DZ2工作電壓的升高而增大，而T14的發(fā)射結(jié)電壓VBE14降低，導(dǎo)致T14為

31、開啟， T13開啟。調(diào)節(jié)管T10的基極電流IB10被T13分流，輸出電流IO下降，從而達(dá)到過熱保護(hù)的目的。R 10是給T 10管的I CEO10和T 11管的I CBO11提供分流路徑，以提高溫度穩(wěn)定性。值得指出的是，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，上述保護(hù)電路是相互關(guān)聯(lián)的。三5-4-2端穩(wěn)壓器圖為應(yīng)用78L055-4-2輸出固定電壓VO的典型電路圖。正常工作時(shí)，輸入輸出電壓差應(yīng)大于23V。電路中連接的電容C 1和C 2用于實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，可以防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩，抑制電路引入的高頻干擾。 C 3為電解電容，用于降低穩(wěn)壓電源輸出端輸入電源引入的低頻干擾。 D為保護(hù)二極管。當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，會(huì)給輸出電容C3

32、一個(gè)放電通路，防止C3兩端的電壓作用于調(diào)節(jié)管的be端，造成調(diào)節(jié)管be端擊穿損壞。三端穩(wěn)壓參數(shù)范圍單元7805輸出電壓范圍五4.85.2最大輸入電壓五35最大輸出電流一個(gè)1.5V 0 （由 I 0 變化引起）毫伏100(I 0 =5mA 1.5A)V 0 （由Vi變化引起）毫伏50(V i =725V)V 0 （因溫度變化）毫伏/0.6(I 0 =500mA)器件電壓降 (V i -V 0 )五22.5(I 0 =lA)偏置電流嘛6輸出電阻m17輸出噪聲電壓 (10100kHz)微伏405.5 一體式轉(zhuǎn)速傳感器 KMI15-1一體式轉(zhuǎn)速傳感器具有靈敏度高、測(cè)量寬度大、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡(jiǎn)單等

33、優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)分立式轉(zhuǎn)速傳感器的升級(jí)產(chǎn)品。以下是KMI15系列磁阻一體式速度傳感器的工作原理和典型應(yīng)用。轉(zhuǎn)速是常規(guī)的電氣測(cè)量參數(shù)。在測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)，常采用磁阻傳感器或光電傳感器進(jìn)行非接觸式測(cè)量。傳統(tǒng)的磁阻傳感器由磁鋼和線圈等分立元件組成，也可以通過耳塞進(jìn)行改裝。但這種傳感器有一些缺點(diǎn)：一是靈敏度低，傳感器與旋轉(zhuǎn)齒輪之間的最大間隙（也稱為磁感應(yīng)距離）只有零點(diǎn)幾毫米；機(jī)械振動(dòng)，易與齒輪碰撞，安全性差；第三，傳感器產(chǎn)生一個(gè)低幅度和緩慢變化的模擬電壓信號(hào)。因此，它需要被放大和塑造成一個(gè)陡峭的表圈。數(shù)字頻率信號(hào)只能送到數(shù)字轉(zhuǎn)速計(jì)或數(shù)字頻率計(jì)來測(cè)量轉(zhuǎn)速，外圍電路比較復(fù)雜；第四，它不能測(cè)量非常低（接近于零）的轉(zhuǎn)速

34、，因?yàn)榇藭r(shí)磁阻傳感器可能檢測(cè)不到。速度信號(hào)。目前，轉(zhuǎn)速傳感器正朝著高靈敏度、高可靠性、全集成化的方向發(fā)展5.5.1。 KMI15-1型傳感器的性能特點(diǎn) KMI15-1芯片包含高性能磁鋼、磁阻傳感器和IC。它采用IC完成信號(hào)轉(zhuǎn)換功能，輸出電流信號(hào)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比，電流信號(hào)的變化范圍為7mA至14mA。由于其外圍電路比較簡(jiǎn)單，便于配套二次儀表測(cè)量轉(zhuǎn)速。 KMI15-1裝置測(cè)量范圍寬，靈敏度高。其齒輪旋轉(zhuǎn)頻率范圍為0-25kHz，即使在旋轉(zhuǎn)頻率接近零時(shí)也能測(cè)量。傳感器與齒輪的最大磁感應(yīng)距離為2.9mm（典型值），因?yàn)榫嚯x齒輪較遠(yuǎn)，使用起來比較安全。該傳感器抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)具有方向性，對(duì)軸向振

35、動(dòng)不敏感。此外，芯片部分還具有電磁干擾（EMI）濾波器、電壓控制器和恒流源，從而保證其工作特性不受外界因素影響。 KMI15-1體積小，最大外形尺寸為8621mm，可以可靠地固定在齒輪附近。 KMI15使用+12V供電（典型值），最大不超過16V。工作溫度范圍為 -40 至 +8 。4.5.2工作原理KMI15-1一體式速度傳感器外觀如圖1所示，它的兩個(gè)引腳分別是U CC （接+ 12V電源端）和U-（方波電流信號(hào)輸出端）。為了使信號(hào)轉(zhuǎn)換器IC在較低的環(huán)境溫度下工作，該IC專門設(shè)計(jì)為與傳感元件分離，以提高傳感器的高溫工作性能。其部分主要包括以下六個(gè)部分：磁阻傳感器；前置放大器A1 實(shí)際上，傳感

36、器是一個(gè)由4個(gè)磁電阻組成的橋，可以靠近齒輪固定。當(dāng)齒輪沿Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于氣隙處磁力線的變化，磁路中的磁阻也發(fā)生變化，從而在傳感器上產(chǎn)生電信號(hào)。此外，該傳感器具有很強(qiáng)的方向性，對(duì)沿Y軸旋轉(zhuǎn)的物體非常敏感，對(duì)沿Z軸方向的振動(dòng)或抖動(dòng)非常不敏感。這正是測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度所需要的。工作時(shí)，傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)先通過EMI濾波器濾除高頻電磁干擾，再經(jīng)過前置放大器，再利用施密特觸發(fā)器對(duì)控制信號(hào)UK進(jìn)行整形，加到開關(guān)控制當(dāng)前的。源的控制端。 KMI15-1的輸出電流信號(hào)ICC由兩個(gè)電流疊加形成，一個(gè)是恒流源提供的7mA恒流IH，另一個(gè)是開關(guān)控制電流源輸出的可變電流1K。它們之間的關(guān)系為：ICC=1H+1K 當(dāng)控制

37、信號(hào)UK=0（低電平）時(shí)，電流源關(guān)閉，IK=0，ICC=1H=7mA。當(dāng)KK=1（高電平）時(shí)，電流源開啟，IK=7mA，即ICC=14mA。圖4為U-端輸出的方波電流信號(hào)波形，高電平持續(xù)時(shí)間為t1，周期為T。輸出波形的占空比D=t1/T=50% 20 %。上升時(shí)間和下降時(shí)間分別只有0.5 s 和0.7 s。 KMI15芯片中的電壓控制器實(shí)際上是一個(gè)并聯(lián)穩(wěn)壓穩(wěn)壓器，可以用來為傳感器提供穩(wěn)定的工作電壓UC。電阻R3、穩(wěn)壓管VDZ和晶體管VT1構(gòu)成采樣電路，VT1連接射極跟隨器。 A2為誤差放大器，VT2為并聯(lián)調(diào)節(jié)管。這樣，IH經(jīng)過R1和R2分壓后可以提供參考電壓UREF給A2，這樣當(dāng)U CC 變化

38、時(shí)，A2將采樣電壓與參考電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓Ur，同時(shí)，通過改變 VT2 上的電流來保持 UC 不變。 5.5.3KMI15-1 的典型應(yīng)用安裝方法 KMI15-1 應(yīng)安裝在旋轉(zhuǎn)齒輪旁邊。如果旋轉(zhuǎn)的待測(cè)工件上沒有齒輪，也可以在轉(zhuǎn)盤外緣鉆一個(gè)小孔，裝上螺絲，用彈簧墊圈擰緊螺絲，防止震動(dòng)后松動(dòng)，這取代了齒尖獲取轉(zhuǎn)速標(biāo)志信號(hào)。 4、6 譯碼器74LS164為串行移位譯碼器，主要由時(shí)鐘線控制。每從時(shí)鐘線傳來一個(gè)上升的字符串，數(shù)據(jù)線將移入一位，移入八次進(jìn)入一個(gè)字節(jié)。同時(shí)在數(shù)碼管上顯示。解碼器是實(shí)現(xiàn)組合邏輯的功能組件。它的輸入是二進(jìn)制碼，輸出是一組高低電平信號(hào)。對(duì)于一組不同代碼的每個(gè)輸入，只有一個(gè)輸

39、出端子提供有效信號(hào)。74LS245芯片是一個(gè)八位總線收發(fā)器，其輸入/輸出引腳分為兩組，其工作原理如下：允許E方向控制DIR操作低電平低電平B數(shù)據(jù)到A總線低電平高電平A 數(shù)據(jù)到 B 總線高電平浮動(dòng)隔離開始啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換棧針初始化分配顯示緩沖區(qū)開始啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換棧針初始化分配顯示緩沖區(qū)設(shè)置中斷開CPU中斷允許INT0 INT1中斷掃描鍵盤未按下按下掃描IN0IN6掃描IN7啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用調(diào)寬程序返回啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用顯示程序 5.1 主程序框圖5.2 INT0 中斷服務(wù)程序保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送至顯示緩沖區(qū)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回5.3 部分子程序延時(shí)子程序：定時(shí)功能。 PWM子

40、程序：用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 89C51芯片沒有PWM輸出功能，需要通過編程實(shí)現(xiàn)。為了輸出PWM波，單片機(jī)還可以執(zhí)行其他程序，這可以利用單片機(jī)部分的定時(shí)器溢出中斷來實(shí)現(xiàn)。占空比占RAM的一個(gè)字節(jié)，占空比D=N/256。 （脈寬調(diào)速就是利用單片機(jī)的中斷產(chǎn)生一個(gè)周期為8ms左右的方波，通過改變高電平的寬度來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。）單片機(jī)微機(jī)用于輸出PWM信號(hào)。實(shí)現(xiàn)了從 0% 到 100% 的線性度。調(diào)。源代碼如下： MCU串口通訊+PWM輸出程序;在 P1.3 處輸出寬度調(diào)制信號(hào)。 ;定時(shí)器0工作在模式3，TL0為寬度調(diào)整值，TH0為脈沖頻率。 ;定義：TH0=30H, TL0=31H ;TH0DAT EQ

41、U 30H ;脈沖頻率;TL0DAT EQU 31H ;脈沖寬度組織機(jī)構(gòu) 0000HAJMP 開始ORG 000BH AJMP PWM_TUN ；寬度調(diào)整子程序ORG 001BH AJMP PWM ；脈沖頻率子程序START：CLR P1.3 MOV TCON,#00H MOV TMOD,#03H ;T0工作在模式3時(shí)序。移動(dòng) TH0, #56 ; 200uS頻率為50KHz MOV TL0,#186； 70uS 脈沖寬度為 35%。 SETB TR1 SETB TR0 SETB ET0 SETB ET1 SETB EA AJMP MAIN1 MAIN1: ;= = = ;PWM 子程序;通過串口接收定時(shí)值，在P1.0輸出寬度調(diào)整信號(hào)。 ;定時(shí)器0工作在模式3，TL0為寬度調(diào)整值，TH0為脈沖頻率。 ;定義：TH0=30H, TL0=31H ;程序入口PWM，輸入：TH0DAT, TH0DATPWM: ;TH0 使用 T1 的中斷標(biāo)志。這部分是脈沖頻率。MOV TCON,#00H CLR ET0